磁性旋量玻色气体中奇异量子现象的理论研究

本项目研究具有交换耦合作用的旋量冷原子玻色气体的磁学性质，特别是在发生玻色-爱因斯坦凝聚之后，旋量凝聚体由于兼具磁性和相干性而呈现出的独特的量子现象。在前期工作中，我们已经对铁磁性玻色凝聚体进行了一些探讨，发现其磁性行为与传统磁性材料大不相同，如磁畴形成过程中的相干振荡行为以及凝聚体畴结构的可调控性等；表明相干性对凝聚体磁性有显著影响。本项目将结合最新实验进展，从更为广泛的角度探索旋量凝聚体的奇异磁性行为。拟开展以下几个方面的研究：（1）对单势阱中的铁磁凝聚体，理解其内部奇特磁畴结构（如2D系统中的磁畴有序化）的形成和演化规律的新特点。（2）推广到双势阱以至光晶格的情形，研究存在阱间隧穿效应的情况下，铁磁与反铁磁凝聚体不同的动力学特征。（3）探讨通过施加相位调制等手段对凝聚体的自旋相关性质进行外部调控，并讨论热耗散和粒子损耗等耗散效应对相干磁性现象的影响。

本项目原计划主要研究具有交换耦合作用的旋量玻色型冷原子气体的磁学性质，在项目实施过程中，结合相关领域的前沿动态对研究计划进行了一些调整。项目不再仅限于研究旋量玻色气体，还研究了标量玻色气体在合成磁场中的“轨道磁性”，以及旋量费米气体的磁性。研究的重点依旧围绕着冷原子气体的磁性，得到的主要结果如下:..研究了旋量凝聚体在双势阱中的动力学特征，发现在阱间隧穿过程中，反铁磁与铁磁耦合引起截然不同的后果：前者使不同组分倾向于相互混合，后者则引起不同组分有分离的趋势。还研究了环境因素对于两组分玻色凝聚体动力学性质的影响，发现在一定的参数范围内，粒子数耗散效应反而会引起凝聚体相干性的增强。把双阱凝聚体作为一个赝旋量玻色凝聚体模型，研究了该系统在开放条件下的动力学行为，计算了在耗散和噪音等外部因素的干扰下，系统在相空间中的运动轨迹，特别讨论了环境噪音引起的能量耗散效应。..在外加合成磁场中，二维光晶格中的玻色凝聚体能够用阻挫的XY模型来描述。着重利用Metropolis蒙特卡洛方法研究了Berezinskii-Kosterlitz-Thouless相变温度对磁场（阻挫）的依赖关系。结果表明，合成磁场实验能产生足够强的阻挫来研究该模型的物理性质。对于旋量费米气体（6Li），计算了每个组分在双势阱中的密度轮廓。通过Feshbach共振增强组分间的排斥作用；当排斥作用强于Stoner临界点时，引起巡游铁磁性，组分在空间上发生分离。并进一步对6Li气体的窄Feshbach共振问题进行了理论研究。